Що таке Мультивсесвіт, Думки
Популярне останнім часом поняття Мультивсесвіту зазвичай пов'язується з нетривіальною топологією простору. Що таке нетривіальна топологія? Уявимо собі два предмети, виліплені з пластиліну: звичайну чашку з ручкою та блюдце. Без розривів пластиліну і без склеювання поверхонь, а лише за допомогою пластичної деформації, пластилінове блюдце можна перетворити на кулю, але ніяк не можна на чашку з ручкою або бубликом. І навпаки: через ручку чашку неможливо перетворити на блюдце чи кулю, але можна — на бублик. Ці загальні властивості блюдця та кулі відповідають топології сфери, а загальні властивості чашки та бублика – топології тора.
Так от топологію сфери (блюдце і куля) прийнято вважати тривіальною, а складніша топологія тора (чашка і бублик) вважається нетривіальною, хоча існують і інші, ще складніші типи нетривіальної топології - не тільки топологія тора.
Всесвіт, що оточує нас, складається як мінімум з трьох просторових і одного тимчасового виміру, тому топологічні поняття очевидним чином переносяться на фізичний світ.
Якщо припустити, що існують два різних всесвіти, що володіють топологією сфери і з'єднуються між собою тільки однією кротовою норою, то результуючий всесвіт також матиме тривіальну топологію сфери (гантель). Якщо ж кротовою норою з'єднуються між собою дві різні частини одного всесвіту, то такий всесвіт матиме вже нетривіальну топологію тора (гиря). Якщо два всесвіти, що мають топологію сфери, з'єднуються між собою двома і більше кротовими норами, то результуючий всесвіт матиме також нетривіальну топологію. Система всесвітів, з'єднаних між собою кількома кротовими норами, також матименетривіальною топологією, якщо існує хоча б одна замкнута лінія, яку жодною плавною деформацією неможливо стягнути до однієї точки.
При всій своїй концептуальній привабливості кротові нори мають дві істотні недоліки: вони нестабільні, а їхнє існування вимагає наявності так званої екзотичної (фантомної) матерії. І якщо її стабільність ще може бути реалізована штучно, то у можливість існування фантомної матерії багато вчених просто не вірять.
Виходячи з вищесказаного, може здатися, що без кротових нір існування Мультивселенной неможливе.
Але це не так — для існування Мультивсесвіту цілком достатньо і реальних чорних дірок.
Існує поширене уявлення, що чорні дірки є об'єктами, з яких ніщо і ніколи не може вийти назовні, у тому числі навіть світло. Це не зовсім правильне твердження. Справа в тому, що всередині всіх чорних дірок знаходиться сингулярність - область, в якій щільність енергії та матерії досягає нескінченних значень. Практично у всіх чорних дірах сингулярність відштовхує матерію, коли та опиняється до неї надто близько (вже під горизонтом подій). Виняток із цього явища могли б скласти тільки так звані шварцшильдівські чорні дірки — ті, які зовсім не обертаються і які не мають електричного заряду.
Шварцшильдівська чорна діра має тривіальну топологію. Але для її утворення потрібні такі початкові умови, міра яких є нуль на множині всіх можливих початкових умов! Іншими словами, при утворенні будь-якої чорної діри у неї обов'язково буде обертання (нехай навіть дуже маленьке) і обов'язково буде електричний заряд (нехай навіть елементарний), тобто чорна діра буде не шварцшильдівською. Я називаютакі чорні дірки є реальними.
У шварцшильдівської чорної діри сингулярність знаходиться всередині центральної сфери, що має нескінченно малу площу. У реальної чорної діри сингулярність знаходиться на кільці, що лежить в екваторіальній площині під обома горизонтами чорної діри. Тут варто додати, що, на відміну від шварцшильдівської, реальна чорна діра має не один, а два горизонти подій. Причому між цими горизонтами математичні ознаки простору та часу змінюються місцями (хоча це зовсім і не означає, що сам простір та час змінюються місцями, як вважають деякі вчені).
Що буде з часткою, яку відштовхує сингулярність усередині реальної чорної діри (вже під її внутрішнім горизонтом)? Вилетіти назад частка не може — це суперечило б законам фізики та причинності у чорній дірі, оскільки частка вже потрапила під обрій подій. Значить, найімовірніше, після потрапляння під внутрішній горизонт реальної чорної діри, будь-яка матерія (частки, світло) викидається сингулярністю в інший всесвіт. Так відбувається тому, що на відміну від шварцшильдівських чорних дірок топологія всередині реальних чорних дірок виявляється нетривіальною.
Чи не так, це дивно? Навіть невелике обертання чорної дірки призводить до кардинальної зміни властивостей її топології! А у тому всесвіті, куди чорна діра викидає матерію, існує біла діра — з якої ця матерія і вилітає.
Але на цьому всі дива не закінчуються… У тому самому місці простору, де в іншому всесвіті знаходиться біла діра, теоретично обов'язково має бути ще й чорна діра. Матерія, що потрапила в ту чорну дірку в інший всесвіт, відчуває аналогічний процес і вилітає вже в наступний всесвіт і так далі. Причому рух із одного всесвіту до іншого завждиможливо лише в одному напрямку - від минулого до майбутнього (у просторі-часі). Цей напрямок пов'язаний із причинно-наслідковим зв'язком між подіями в будь-якому просторі-часі. З здорового глузду та логіки вчені припускають, що причинно-наслідковий зв'язок ніколи не повинен порушуватися. Такий об'єкт прийнято називати чорно-білою дірою (у цьому сенсі кротову нору можна було б назвати біло-білою діркою).
Ось це і є модель Мультивсесвіту, що існує виключно за рахунок реальних чорних дірок без кротових нір і фантомної матерії.
Я припускаю, що більшості читачів буде складно уявити, як в одній і тій же області простору (всередині однієї і тієї ж сфери, що має радіус горизонту чорної дірки), існувало б два принципово різні об'єкти: чорна та біла діра. Але математично це суворо доводиться.
Представимо просту модель: вхід (і вихід) з будівлі з дверима, що обертаються. Ці двері можуть обертатися тільки в один бік. Сама будівля всередині розділена турнікетами, що пропускають відвідувачів лише в одному напрямку (з входу або на вихід), а поза будівлею турнікетів немає. Та частина будівлі, з якої можна тільки вийти - це всесвіт №1, та частина будівлі, в яку можна тільки увійти - всесвіт №2, а поза будівлею знаходиться всесвіт №3 - наш світ.
Така проста модель добре ілюструє дію чорно-білої дірки і пояснює, що поза будівлею відвідувачі, що входять і виходять, можуть зіткнутися один з одним, а всередині будівлі — не можуть (так само як і частинки матерії у відповідних всесвітах).
Насправді ті явища, які супроводжують матерію при викиді в інший всесвіт, є досить складними процесами. Основну роль грають гравітаційні приливні сили. Ті самі, що викликаютьна Землі припливи та відливи під дією гравітації Місяця. У кротових норах і чорних дірах приливні сили можуть досягати жахливих значень. Вони здатні розірвати та знищити будь-які предмети чи матерію, а поблизу сингулярності ці сили взагалі стають нескінченними. Але якщо матерія, що потрапила всередину чорної дірки, не долітає до сингулярності, то припливні сили, що діють на неї, завжди залишаються кінцевими, і тим самим виявляється принципово можливим проходження крізь таку чорно-білу дірку робота (або навіть людини) без шкоди йому. Причому чим більшою і масивною буде чорна дірка, тим меншими будуть приливні сили у своєму максимумі.
Може виникнути логічне питання: а чи обов'язково буде біла дірка у нашому Всесвіті там, де вже є чорна дірка, і звідки могла б влітати до нас матерія з попереднього всесвіту? Для фахівців у питаннях топології чорних дірок це непросте питання і відповідь на нього: не завжди. У принципі така ситуація цілком можлива — коли чорна дірка у нашому Всесвіті одночасно є і білою діркою з іншого всесвіту. Але відповісти на питання, яка ситуація є більш імовірною (чи є чорна діра в нашому Всесвіті одночасно і білою діркою з попереднього всесвіту чи не є), ми, на жаль, поки що не можемо.
Зрозуміло, сьогодні і найближчим часом не буде технічної можливості відправити до чорної діри навіть робота.
Але деякі фізичні ефекти та явища, теоретично характерні для кротових нір та чорно-білих дірок, мають настільки унікальні властивості, що сьогодні спостережна астрономія впритул підійшла до виявлення цих об'єктів.